Министерство образования и науки РФ

Московский Государственный Открытый Университет

Чебоксарский институт

Кафедра

Технология конструкционных материалов и литейного производства

Специальность

По дисциплине ТЕПЛОТЕХНИКА

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

"Расчет рекуперативного теплообменника"

2008

Введение

Теплообменник - теплообменный аппарат, устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела.

Объектом проектирования является рекуперативный теплообменник, предназначенный для улавливания тепла Изот удаляемых из зоны горения плавильной печи дымовых газов с одновременным нагревом воздуха, нагнетаемого в печь в зону горения.

Цели и задачи курсовой работы:

Различают конструктивный и поверочный тепловой расчет теплообменного аппарата.

Цель конструктивного расчета состоит в определении величины рабочей поверхности теплообменника, которая является исходным параметром при его проектировании. При этом должно быть известно количество передаваемой теплоты или массовые расходы теплоносителей и изменение их температуры.

Поверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной поверхности.

Цель теплового расчета состоит в определении температур теплоносителя на выходе из теплообменника и количества передаваемой теплоты.

В задании на курсовую работу необходимо, руководствуясь данной методикой, произвести конструктивный, тепловой и гидравлический расчеты рекуперативного теплообменника. В ходе расчета следует выбрать исходные конструктивные соотношения для компоновки теплообменника, определить рабочую поверхность теплообменника, подобрать тепловую изоляцию и основные размеры, сделать эскизную схему аппарата. Необходимо определить затраты мощности на прокачку холодного и горячего теплоносителей.

В ходе работы нужно спроектировать теплообменник-рекуператор для заданных параметров рабочего тела. Расчет выполнить на стадии технического предложения.

3адания на курсовую работу по теме

«Расчет теплообменника»

1.Выполнить конструктивный и тепловой расчет теплообменника-рекуператора, предназначенного для улавливания тепла от удаляемых из зоны горения плавильной печи дымовых газов с одновременным нагревом воздуха, нагнетаемого в печь в зону горения.

2.Как возможный вариант выбрать двухходовый или четырехходовый гладкотрубный теплообменник с поперечным обтеканием труб.

Трубы расположены в коридорном порядке (вариант А) с шагами и . Диаметр труб d = 50 мм, толщина б= 4мм. Средняя скорость потока воздуха в узком сечении пучка . Температура воздуха перед пучком , за пучком . Расход воздуха . Физические свойства дымового газа приведены в таблице №1.Их средняя скорость . Расход дымовых газов .

Дополнительные требования

1 .Пояснительная записка должна содержать:

1.1.Введение.

1.2.3адание.

1.3.Описание конструкции и обоснование выбора отдельных элементов аппарата.

1.4.Тепловой расчет аппарата.

1.5.Аэродинамический расчет аппарата.

1.6.Выводы.

1.7.Список литературы

Описание конструкции и обоснование выбора отдельных элементов аппарата

Применение рекуперативного теплообменника позволяет избежать конденсации влаги из воздуха в сушильной патере, при поступлении в камеру свежего холодного воздуха (в зимний период), а также уменьшает потери тепла с выбросом отработанного влажного воздуха на 5-10%.

Для исключения этого, а также для экономии тепловой энергии, применяются рекуперативные теплообменники.

Рекуперативный теплообменник - это аппарат, в котором теплообменивающиеся потоки разделены поверхностью теплообмена.

Конструктивно теплообменник представляет собой теплоизолированный корпус, в котором особым образом расположены алюминиевые пластины с ребрами и боковыми проставками.

В теплообменнике нагрев свежего холодного воздуха происходит за счет охлаждения отработанного горячего воздуха, таким образом, в камеру поступает уже предварительно нагретый воздух.

Рекуперативный теплообменник конструктивно выполнен перекрестно-точным, благодаря чему достигается хороший тепловой контакт между потоками горячего и холодного воздуха.

Корпус теплообменника имеет входные и выходные отверстия, через которые теплообменник соединяется с печью и вытяжным вентилятором.

Вытяжной вентилятор, в зависимости от исполнения, может располагаться и внутри рекуперативного теплообменника.

Особенность рекуперативного заключается в том, что их можно использовать лишь в том случае, если хотя бы в одном месте приточные и вытяжные воздуховоды размещены в непосредственной близости друг от друга.

Дымовые газы подогревают концы тепловых труб, вызывая испарение жидкости и перемещение пара в противоположную часть трубы.

Схема четырехходового рекуператора из гладких стальных труб.

1- тепловой изолятор;

2- трубы;

3- воздушная коробка;

4 и 6- трубные листы;

5- лист для разделения потока воздуха.

Выбор конструкции теплообменных аппаратов

Конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из следующих основных требований, предъявляемых к теплообменным аппаратам.

Важнейшим требованием является соответствие аппарата технологическому процессу обработки данного продукта; это достигается при таких условиях: поддержание необходимой температуры процесса, обеспечение возможности регулирования температурного режима; соответствие рабочих скоростей продукта минимально необходимой продолжительности пребывания продукта в аппарате; выбор материала аппарата в соответствии с химическими свойствами продукта; соответствие аппарата давлениям рабочих сред.

Вторым требованием является высокая эффективность (производительность) и экономичность работы аппарата, связанные с повышением интенсивности теплообмена и одновременно с соблюдением оптимальных гидравлических сопротивлений аппарата. Эти требования обычно выполняются при соблюдении следующих условий: достаточные скорости однофазных рабочих сред для осуществления турбулентного режима; благоприятное относительное движение рабочих сред (обычно лучше противоток); обеспечение оптимальных условий для отвода конденсата и неконденсирующихся газов (при паровом обогреве); достижение соизмеримых термических сопротивлений по обеим сторонам стенки поверхности нагрева; предотвращение возможности за­грязнения и легкая чистка поверхности нагрева, микробиологическая чистота и др.

Существенными требованиями являются также компактность, малая масса, простота конструкции, удобство монтажа и ремонта аппарата. С этой точки зрения оказывают влияние следующие факторы; конфигурация поверхности нагрева; способ размещения и крепления трубок в трубных решетках; наличие и тип перегородок, уплотнений; устройство камер, коробок, днищ; габаритные размеры аппарата и др.

Ряд факторов определяет надежность работы аппарата и удобство его эксплуатации: компенсация температурных деформаций, прочность и плотность разъемных соединений, доступ для осмотра и чистки, удобство контроля за работой аппарата, удобство соединения аппарата с трубопроводами и т. д.

Эти основные требования должны быть положены в основу конструирования и выбора теплообменных аппаратов. При этом самое большое значение имеет обеспечение заданного технологического процесса в аппарате.

Основные способы увеличения интенсивности теплообмена в подогревателях:

а) уменьшение толщины гидродинамического пограничного слоя в результате повышения скорости движения рабочих тел или другого вида воздействия; это достигается, например, разбивкой пучка трубок на ходы и установкой межтрубных перегородок;

б) улучшение условий отвода неконденсирующихся газов и конденсата при паровом обогреве;

в) создание благоприятных условий для обтекания рабочими телами поверхности нагрева, при которых вся поверхность активно участвует в теплообмене;

г) обеспечение оптимальных значений прочих определяющих факторов: температур, дополнительных термических сопротивлении и т. д.

Путем анализа частных термических сопротивлений можно выбрать наилучший способ повышения интенсивности теплообмена в зависимости от типа теплообменника и характера рабочих тел. Перегородки не всегда необходимы; при вертикальном расположении трубок и нагреве паром последний подается в межтрубное пространство; поперечные перегородки будут мешать стеканию конденсата. При теплообмене газа с газом или жидкости с жидкостью количество протекающей через межтрубное пространство жидкости может оказаться настолько большим, что скорость ее достигнет тех же значений, что и внутри трубок; следовательно, установка перегородок теряет смысл. Перегородки бесцельны также в случае сильно загрязненных жидкостей, при которых вследствие нарастания слоя загрязнений на трубках решающее влияние на коэффициент теплопередачи оказывает величина Rn.